[其他]磷铜钛多元素中锰耐磨铸铁

说明书

本发明属于金属耐磨材料技术领域。

现行我国矿山、水泥、化工和电力等部门，每年因磨料磨损消耗的抗磨金属备件超过100万吨。为了提高其耐磨性能和使用性能，节约原材料消耗，国内外的研究正向合金钢、合金铸铁方向发展，如球磨机磨球和衬板、破碎机锤头等耐磨备件，除通常使用的普通锻钢、渗碳钢、高锰钢材料外，已有高耐磨性能的高铬合金钢、高铬铸铁、铬系、锰系等耐磨材料相继出现。

高铬合金钢、高铬铸铁、铬系耐磨材料，其耐磨性能比普通锻钢、渗碳钢、高锰钢好，使用寿命长。特别是铬系耐磨材料，如含铬2.7～7.0%，含钼0.2～0.7%，含铜0.3～0.8%，含锰0.5～1.5%的耐磨铸铁，具有良好的耐磨性能和综合机械性能，是一种较为理想的耐磨材料。但我国铬合金资源较缺，生产成本高，推广面受限。

锰系耐磨材料，目前国内应用较多的是含锰量为5～9.5%的中锰球墨铸铁，该材料具有良好的耐磨性能，而且我国锰合金资源丰富，价格较为便宜，但其生产工艺复杂，在推广运用上有其局限性。

上述各种耐磨材料，无论其耐磨性能如何，但都有一个共同点：即材料中合金元素磷的含量均小于0.45%。

参考文献〔《铸铁手册》（机械工业出版社1979年版）〕中，介绍了磷铜钛耐磨铸铁（含磷0.35～0.6%，含铜0.6～1.0%，含钛0.09～0.15%）、磷稀土耐磨铸铁等高磷耐磨铸铁，因含磷量高（0.35～0.65%），脆性大而只能用于在有润滑剂条件下工作的备件，如机床导轨、发动机缸套等。

我国云南省禄丰钢铁厂生产的禄丰生铁，长期以来由于含磷高而得不到广泛运用。禄丰生铁中还含有一定量的铜、钛、钒和微量的钼、铬、铌、硼、钨、稀土等元素，过去一直作为普通生铁和炼钢生铁使用（作为配料加入含磷低的生铁中），对国家资源造成了极大浪费。

为开发利用禄丰高磷生铁（以下简称高磷生铁），以高磷生铁为原料，曾试制了灰铸铁、球墨铸铁、中锰球墨铸铁磨球，其效果都不太理想。

为了寻求一种能充分利用天然资源-高磷生铁的有效途径，根据其生铁成分含量的特性特点，研制出一种耐磨性能好、使用寿命长、制造成本低的耐磨材料，为高磷生铁的推广运用开辟新的途径，特设计了本发明。

本发明是这样实现的，可以利用天然（也可以人为按比例要求配制）含磷、铜、钛、钒以及微量的钼、铬、铌、硼、钨、稀土等元素的生铁作为原料，适当提高锰、硅含量，用稀土镁中间合金进行微合金化处理，得到一种新的耐磨材料-磷铜钛多元素中锰耐磨铸铁，其化学成分为（重量百分比）：

C3.0～4.0%，Si3.0～4.5%、Mn4.0～7.0%、P0.4～0.8%、S＜0.03%、Cu0.4～0.9%、V0.02～0.12%、Ti0.07～0.15%、Re0.005～0.02%、Mg0.005～0.02%，余量为铁和其它微量元素。微量元素主要有Mo、Cγ、Nb、B、W、Re等，其微量元素的总含量为0.07～0.12%。

在铸铁中，当平均含磷量超过0.06～0.08%时，组织中就会形成二元或三元磷共晶，其性质硬而脆，能增加铸铁的硬度，但降低韧性。高磷生铁的磷含量为0.4～0.8%，若采取一定措施，如增加铸铁的冷却速度、采用孕育处理等措施，控制磷共晶的形成和分布，抑制三元磷共晶的形成，使之形成二元磷共晶並成断续网状均匀分布在铸铁中，就能发挥其耐磨的优点而减少磷的危害性。

当铸铁中的含铜量大于0.5%时，能促进並细化珠光体，显著提高珠光体的显微硬度，铜还能改善石墨使之细化和均匀分布，从而提高铸铁的强度、硬度以及耐磨性。但当铜含量大于1～1.5%时，会降低机械性能，特别是冲击韧性。高磷生铁天然含铜为0.4～0.9%，对提高铸铁的耐磨性很有利。

铸铁中的钒钛元素与碳氮亲合力很强，形成钒钛碳氮化合物，具有很高的显微硬度並呈弥散状态分布于铸铁基体中，提高了铸铁的强度和硬度。钛还有利于石墨化並细化石墨，钛在0.09～0.15%范围内，提高耐磨性很显著。高磷生铁天然含钛量为0.07～0.15%，对获得耐磨铸铁较为有利。

锰是一种稳定碳化物元素，並能降低奥氏体向珠光体转变温度，在连续冷却条件下对获得细密的珠光体、索氏体、马氏体组织非常有利。锰分别溶于基体组织及碳化物内，既强化了基体又增加了碳化物的弥散度和稳定性，对提高铸铁的耐磨性具有良好作用。在铸铁中适当加入锰合金，使锰含量控制在4.0～7.0%。

为配合锰含量的增加，控制碳化物含量，加入适量硅铁合金，使硅含量为3.0～4.5%。